¿Cuál ' es el ángulo de enlace H-C-H en el eteno?
On noviembre 30, 2020 by adminEl carbono está $ \ mathrm {sp ^ 2} $ hibridado y, por lo tanto, es plano y, en teoría, también debería ser $ 120 ^ \ circ $. Sin embargo, la teoría VSEPR sugiere que el enlace π «necesitaría más espacio» debido a una mayor repulsión de electrones. Como consecuencia, el ángulo de enlace $ \ ce {H-C-H} $ sería menor. Sin embargo, dado que el enlace π está fuera del plano de la molécula, ¿esto realmente sucede?
Respuesta
El ángulo de enlace de HCH en eteno es ca. 117 grados y el ángulo de HCC es ca. 121.5 grados. Hay dos razones que se combinan para explicar esta deformación angular en el etileno.
Primero , de estos enlaces ángulos y el teorema de Coulson ( ref_1 , ref_2 ) podemos determinar que el sigma CH los bonos se hibridan $ \ ce {sp ^ {2.2}} $ y el enlace sigma CC es $ \ ce {sp ^ {1.7}} $ hibridados.
A partir de estos índices de hibridación (el índice es el exponente «n» en la expresión $ \ ce {sp ^ {n}} $) vemos que el enlace sigma CC tiene un contenido de caracteres s más alto (1 parte sa 1,7 partes p – 37% s) que los enlaces CH (1 partes a 2.2 partes p – 31% s). Dado que hay más carácter s en el enlace CC, es más bajo en energía y los electrones sigma de carbono tenderán a fluir hacia este enlace CC de menor energía. En consecuencia, el enlace CC sigma contendrá más densidad de electrones que los enlaces CH. Por lo tanto, la repulsión de electrones entre el enlace sigma CC y los enlaces sigma CH será mayor que la repulsión de electrones entre los dos enlaces C-H. Por lo tanto, el ángulo de enlace H-C-C se abrirá ligeramente desde el ideal $ \ ce {sp ^ {2}} $ de 120 grados y el ángulo H-C-H se cerrará ligeramente para minimizar las repulsiones electrostáticas de enlace-enlace.
Segundo , factores estéricos (que también son en realidad otra forma de describir la repulsión electrón-electrón) también puede entrar en juego. En la medida en que la repulsión hidrógeno-hidrógeno cis HCCH sea más desestabilizadora que la repulsión hidrógeno-hidrógeno HCH geminal, también servirá para aumentar el ángulo de enlace CCH y reducir el ángulo de enlace HCH.
Comentarios
- La primera afirmación no es del todo cierta. Dado que el enlace pi influye en la distancia del enlace, influye en la superposición de los orbitales que forman el enlace sigma, por lo que también influye en el sistema sigma, incluso si los orbitales son ortogonales. Se proporciona una explicación observacional con la regla doblada ' .
- @Martin Excelente punto Martin , ' editaré mi respuesta.
- ¿Los electrones pi repelen los electrones sigma CH?
- @Dissenter Sí, lo hacen.
- @Dissenter La densidad de electrones en la " superior " de la nube pi tenderá a repeler los electrones de enlace CH y empujar hacia abajo; pero la " inferior " de la nube pi los empujará hacia arriba. Por simetría, estos efectos deben cancelarse y el resultado no es una deformación C-H neta hacia arriba o hacia abajo debido a la nube pi. También debido a la simetría, la nube pi no puede empujar los enlaces CH hacia afuera o hacia adentro.
Respuesta
En términos de En el modelo VSEPR, que simplifica fuertemente, podría llegar a la misma conclusión si observa que un átomo de carbono es más grande que un átomo de hidrógeno, por lo que el grupo $ \ ce {CH2} $ solicitará más espacio que cada hidrógeno. Puedes comparar esto con el etano $ \ ce {H3C-CH3} $, que tiene $ \ angle (\ ce {HCC}) = 111.17 ^ \ circ $, desviándose ligeramente del ángulo tetraédrico ideal de $ 109.5 ^ \ circ $ pero no π sistema para explicar la desviación. Si hice las matemáticas correctamente, eso significa que $ \ angle (\ ce {H-C-H}) = 107.72 ^ \ circ $. La desviación en el etano es en realidad mayor que en el etileno, lo que sugiere que predominan los factores estéricos.
Figura 1: Estructura del etano, incluidas las longitudes y los ángulos de los enlaces. Tomado de Wikipedia , donde se encuentra disponible una lista completa de autores.
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